DO-178C のマルチコアタイミング解析

アビオニクス システムにおけるマルチコア プロセッサの必要性

アビオニクス システム、特に現代の航空機に搭載されているシステムには、安全性、パフォーマンス、効率性の高まりに対する要求を満たすために、ますます高度な機能が求められています。 マルチコア プロセッサは、より高い計算能力、改善された並列処理、およびより適切なリソース割り当てを提供することで、これらの要件に対処するための実行可能なソリューションを提供します。 これらにより、複数のソフトウェア タスクを同時に実行できるようになり、アビオニクス システムが多数の重要な機能を並行して実行できるようになります。

DO-178C のマルチコア タイミング解析における課題

マルチコア プロセッサには多くの利点がありますが、特に DO-178C 規格が適用される安全性が重要なシステムでは、タイミング解析の点で複雑さも生じます。 マルチコアのタイミング解析における主な課題は次のとおりです。

干渉と共有リソース

マルチコア プロセッサは通常、メモリ、バス、周辺機器などのさまざまなハードウェア リソースを共有します。 これらの共有リソースの競合は、タスク実行の干渉や潜在的な遅延につながり、重要なソフトウェア機能のタイミング動作に影響を与える可能性があります。

決定論とプリエンプション

複数のコアの導入により、タスクのプリエンプションや非決定的な動作が発生する可能性が生じ、最悪の場合の実行時間 (WCET) を正確に予測して分析することが困難になります。 タイミング分析では、プリエンプションの潜在的な影響と、オペレーティング システムが採用するスケジューリング ポリシーを考慮する必要があります。

タスクの割り当てと分割

効率的で予測可能なタイミング動作を実現するには、ソフトウェア タスクのさまざまなコアへの最適な割り当てと分割を決定することが重要です。 タスクの割り当てが不適切だと、リソースの競合や最適な使用率が低下し、システムのタイミング保証が損なわれる可能性があります。

マルチコアのタイミング解析手法

マルチコア プロセッサによってもたらされる課題を克服するために、DO-178C 準拠システムのタイミング解析用にさまざまな技術と方法論が開発されました。

最悪の場合の実行時間 (WCET) 分析

WCET 分析は、タスクまたは関数の実行が完了するまでに必要な最大時間を決定するために使用される基本的な手法です。 マルチコア システムの場合、WCET 分析では、共有リソースと潜在的なプリエンプションを考慮して、コア内とコア間の干渉の両方を考慮する必要があります。

パーティショニングとスケジューリングの分析

パーティショニングとスケジューリングの分析には、さまざまなコアへのソフトウェア タスクの最適な割り当てを決定し、適切なスケジューリング ポリシーを確立することが含まれます。 静的および動的パーティショニングなどの技術、およびさまざまなスケジューリング アルゴリズム (固定優先順位、最も早いデッドライン優先など) を使用して、タスクをコアに割り当て、タイミング要件が確実に満たされるようにすることができます。

干渉解析

干渉分析は、異なるコアで実行されているタスク間の干渉を定量化して予測することを目的としています。 この分析では、共有リソース、キャッシュ効果、コア間通信メカニズムが考慮されます。 潜在的なボトルネックと競合ポイントを特定し、適切な緩和戦略を可能にするのに役立ちます。

検証と妥当性確認

シミュレーション、モデル チェック、形式的手法などの検証および検証手法は、マルチコア システムのタイミング動作を評価する際に重要な役割を果たします。 これらの技術は、潜在的なタイミング違反を特定し、タイミング解析の正確さを検証し、DO-178C 目標への準拠を保証するのに役立ちます。

認定に関する考慮事項

DO-178C に基づいてマルチコア ベースのアビオニクス システムを認定するには、次の特定のガイドラインと考慮事項に従う必要があります。

目的と基準

マルチコア システムに関して DO-178C で定義されている目的と基準を理解し、それに従うことが最も重要です。 認定を成功させるには、干渉解析、タスクの割り当て、分割に関するガイドラインに準拠することが重要です。

エビデンスコレクション

タイミング解析の証拠を収集することは、認定のために不可欠です。 ドキュメントには、詳細なタイミング分析レポート、WCET 分析結果、パーティショニングとスケジュールの証拠、およびコンプライアンスを証明するために必要なその他の成果物が含まれている必要があります。

ツールの認定

マルチコア システムに使用されるタイミング解析ツールの認定は重要です。 WCET 解析、干渉解析、およびスケジューリングに使用されるツールは、安全性が重要なアプリケーションへの適合性を保証するために、厳密な検証と検証を受ける必要があります。

安全性評価

潜在的な危険を特定し、システムの安全性に対するマルチコアのタイミングの影響を評価するには、フォールト ツリー分析や故障モードとその影響の分析を含む包括的な安全性評価を実行することが不可欠です。 安全性評価では、正常な動作条件と異常な動作条件の両方を考慮する必要があります。